CONOSCENZA BASE DEL SOLE 4b) STRUTTURA INTERNA: LA PRODUZIONE DI ENERGIA.

Il Sole ha prodotto continuamente una enorma quantitá di energia negli ultimi 4,5 miliardi di anni. Per descrivere la struttura interna è necessario incontrare un metodo per ottenere energia capace di alimentare il Sole per un periodo di tempo tanto lungo, emettendo approssimativamente l´energia per ogni secondo (Luminositá =L) che emette oggi: L= 3,86 x 10 (33) erg s (-1)
Di tutta questa energia, quella che arriva sulla Terra per secondo corrisponde a:

dove RT é il raggio della Terra e “a” la distanza Terra-Sole.

Conoscendo il tempo di vita del Sole (per evidenze geologiche) e l´efficenza dei differenti processi di ottenimento di energia a partire dalla massa di materia disponibile,

dove “c” corrisponde alla velocitá della luce nel vuoto.

Si arriva alla conclusione che l´opzione piú evidente sará quella della fusione nucleare, che consiste nell´unione di nuclei di elementi leggeri che si fondono in nuclei piú pesanti. La massa di questo nucleo finale sará inferiore alla somma delle masse dei nuclei fusi, essendo che l´eccedente è convertita in una quantitá di energia data da:

Nelle reazioni di fusione, affinché due nuclei si avvicinino serve prima di tutto che vincano la forza elettrica di repulsione, poiché entrambi hanno carica elettrica positiva. Ció é conseguito se questi possiedono una elevata energia cinetica, cioé il gas dovrá trovarsi a temperature molto elevate affnché questi nuclei interagiscano: avvicinandosi il sufficiente, la forza nucleare diventa sufficientemente importante, compensando parzialmente l´effetto repulsivo della forza elettromagnetica, inducendo cosí i nucleoni (protoni+elettroni) di entrambi i nuclei a riunirsi in un solo nucleo.

Produzione di energia nel centro del Sole. Nel centro del Sole, la pressione e la temperatura arrivano a valori che permettono la fusione di idrogeno in elio, producendo l´energia che irradia.

Liberazione di energia. L´energia generata nel centro del Sole é liberata nella sua superficie e ricevuta dalla Terra.

Schema semplificato della fusione di Idrogeno in Elio.

Fusione di Idrogeno in Elio. Schema semplificato della fusione di quattro nuclei di idrogeno (1 núcleo di H = 1 protone) convertendosi in Elio

Ciclo pp. Questo schema rappresenta in sequenza le tappe del processo di fusione dei nuclei di idrogeno (protoni) con produzione di elio, fotoni (energia) e neutrini. A questa catena di reazioni si dá il nome di ciclo pp.

Dato che, nella stella, il nucleo é l´unico posto dove la temperatura e la densitá hanno valori che permettono che le reazioni di fusione possano avvenire, è effettivamente lí che si produce tutta questa energia. D´altra parte, data la difficoltá di avvicinare due nuclei per la loro carica elettrica e che quanto meno protoni hanno questi nuclei piú facile diventa fonderli, la piú probabile e efficiente reazione di fusione che avrá luogo nel Sole é la fusione di atomi di idrogeno. Visto che , in termini di massa, l´idrogeno rappresenta circa il 75% della stella, questo processo di produzione di energia “alimenterá” il Sole per un periodo superiore a quello che giá ha vissuto. I prodotti risultanti dal congiunto delle reazioni di fusione che avvengono nel nucleo del Sole, sono, oltre all´elio, fotoni (energia) e neutrini (particelle neutre sprovviste di massa). Per i neutrini, con una sezione efficace molto bassa, é facile attraversare l´interno del Sole. Di questa forma, i neutrini prodotti nel nucleo sono immediatamente persi dalla stella, poiché non interagiscono con il gas. Intanto questo non succede con i fotoni, dato che il gas é opaco alla radiazione, essendo “estremamnete difficile” a questi spostarsi per arrivare alla superficie. Per questo motivo, il gas all´interagire con i fotoni “riceve” l´energia prodotta riscaldandosi, il che gli permette di mantenere il cosí detto equilibrio idrostatico, perché questa pressione di radiazione contraria la contrazione gravitazionale, rimanendo in questo stato fino a che ha energia disponibile per mantenere il gradiente di pressione necessario.
Le stelle che, come il Sole, si trovano in questo stato di evoluzione si dice che sono nella fase della Sequenza principale. La difficoltá dei fotoni nello spostarsi determina la struttura, cioé il comportamento della temperatura, pressione e densitá, nell´interno del Sole.

L´energia che é liberata nell´interno del Sole é nella proporzione del 98% importata dai fotoni gamma e il resto dai neutrini. La radiazione visibile del Sole, che ci arriva dalla fotosfera, é costituita da fotoni che sono emessi sotto forma di radiazione gamma nel centro della stella, impiegano vari milioni di anni per arrivare alla superficie, perdendo a poco a poco la sua energia in ogni diffusione. In contropartita, i neutrini attraversano il Sole senza difficoltá, in appena due secondi.

SAND-RIO